CN104343508A - 用于利用车辆的废热的结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于利用车辆的废热的结构。该结构包括：第一部件，具有排气管，具有预定温度的废气经过该排气管并且通过与废气的热交换加热该排气管。旁通通道安装在排气管内并且经由该旁通通道使废气旁通。热电元件附接至排气管的外部，通过结合P型半导体与N型半导体形成，并且使用热电效应产生电流。第二部件附接至热电元件的外部并且冷却液在其中流动。第一废气通道在纵向上安装在第二部件中并且废气经过第一废气通道以加热冷却液。

Description

用于利用车辆的废热的结构

相关申请的引用

本申请在35U.S.C.§119下要求于2013年8月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0092922号的优先权，通过引用将其公开内容以其整体结合于此。

技术领域

本发明涉及一种用于利用车辆的废热的结构，并且更特别地，涉及一种用于利用车辆的废热的结构，包括：旁通通道（bypass passage）；第一废气通道，安装在低温部件中；以及第二废气通道，在排气管与旁通通道之间形成，并且当车辆初始起动和车辆以过载状态行驶时均可被利用。

背景技术

通常，在车辆中，取决于车辆的行驶状态，当车辆初始起动时执行用于发动机的预热和加热步骤，当车辆行驶时执行热电发电步骤，以及当车辆在斜面上行驶或者超速行驶（例如，大于预定速度）时执行旁通步骤。使用恒温器将冷却液的温度提高至预定温度，当车辆初始起动时该恒温器提高冷却液的温度，并且包括使冷却液循环的水泵的预热装置使发动机预热。在运行发动机时应当将发动机预热至特定的温度直至车辆可以平稳地行驶。

当车辆行驶时产生的车辆的废热在经过热电发电装置的热电元件时产生电流。特别地，热电元件指的是使用热电效应的元件，其中通过将两个元件端之间的温度差转换为电流来将热能转换为电能，或者通过允许电流流经该元件以在两个元件端之间引起温度差来将电能转换为热能。

热电元件被使用在小型冷却装置、小型加热装置、或者小型发电装置中。在小型发电装置中使用的热电元件称为热电发电装置或者热电发电器。该热电发电器主要用作无线电通信装置的电力供应装置、宇宙飞船的电力供应装置、核动力潜艇的动力供应装置、以及安装在车辆的废气系统中的热电发电器。当车辆在斜面上（例如，在倾斜的道路上）行驶时或者当车辆以由于车辆的超速的过载状态行驶时，车辆的废热经过旁通通道迅速地排放至车辆的外部，并且没有运行预热装置或者热电发电装置。

然而，因为根据在现有技术中的用于利用车辆的废热的结构，存在一部分其中对于车辆的每个状态都没有运行预热装置或者热电发电装置，系统的利用可能劣化。换言之，当车辆初始起动时运行预热装置，当车辆在废气的温度增加至特定温度之后行驶时运行热电发电装置，并且当车辆以过载状态行驶时预热装置和热电发电装置两者均没有运行。

发明内容

本发明提供一种用于利用车辆的废热的结构，当车辆初始起动和车辆以过载状态行驶时均可以通过结合（集成）预热装置与热电发电装置而使用该结构。

本发明的示例性实施方式提供一种用于利用车辆的废热的结构，该结构可以包括：高温部件，包括排气管和旁通通道，高温废气（例如，预定温度的废气）在排气管中经过并且可以通过与废气的热交换而加热排气管，所述旁通通道安装在排气管内并且可以经由旁通通道使废气分流（旁通）；热电元件，附接至排气管的外部，通过结合P型半导体和N型半导体形成，并且被构造成使用热电效应产生电流；低温部件，附接至热电元件的外部并且冷却液（冷却剂）可以在低温部件中流动；以及第一废气通道，在纵向上安装在低温部件中并且高温废气可以在第一废气通道中经过以加热冷却液，其中可以同时执行预热发动机和热电发电的运行。

用于利用车辆的废热的结构还可以包括第一阀门，在排气管与第一废气通道之间形成，并且可滑动地安装以打开和关闭第一废气通道。第一阀门可以形成为结合至排气管的环形带。高温部件（例如，第一部件）可以包括：第二废气通道，在排气管和旁通通道之间形成以允许废气经过；以及第二阀门，可旋转地安装在旁通通道的后侧处以调整被旁通的废气的量。

低温部件（例如，第二部件）可以包括：冷却液通道，与热电元件的外部接触（例如，连接），可以结合至热电元件的外部，并且可以被构造成使用在冷却液通道中流动的冷却液来冷却与热电元件的接触表面；冷却液分布器，安装至冷却液通道的一侧以与冷却液通道连通，并且具有冷却液入口，冷却液可以流进冷却液入口中；以及冷却液收集器，安装至冷却液通道的另一侧以与冷却液通道连通，并且具有冷却液出口，冷却液可以从冷却液出口排放，其中冷却液通道、冷却液分布器、以及冷却液收集器可以整体地形成以在纵向上设置。

根据本发明的示例性实施方式，用于利用车辆的废热的结构可以包括：低温部件，附接至热电元件的外部并且冷却液可以在低温部件中流动；以及第一废气通道，在纵向上安装在低温部件中并且高温废气可以在第一废气通道中经过以加热冷却液，使得废气在车辆初始起动时经过第一废气通道以预热发动机。

可以在排气管与第一废气通道之间形成该第一阀门以打开和关闭第一废气通道，并且因此，通过结合预热装置和热电发电装置，当车辆初始起动时可以打开第一阀门以允许废气经过第一废气通道，并且当车辆行驶且以过载状态行驶时可以关闭第一阀门以防止废气经过（例如，阻挡废气）第一废气通道。

该第二阀门可以设置在高温部件处以调整可以经过旁通通道的废气的量，并且冷却液通道、冷却液分布器、以及冷却液收集器可以整体地形成以在纵向上设置从而提高用于利用废热的结构的效率。

因此，根据本发明的用于利用车辆的废热的结构可以同时执行发动机的预热装置和热电发电装置的功能，以提高车辆的燃料效率，并且在现有技术中被分成两个装置的系统可以结合（集成）到单个系统中，以减少车辆的重量，并且减少组件的生产成本。

附图说明

图1为根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构的示例性视图；

图2为示出了根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构的内部的示例性视图；

图3为根据本发明的示例性实施方式沿着图1的线A-A'截取的示例性截面图；

图4为示出了当车辆初始起动时根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构的示例性截面图；

图5为示出了当车辆行驶时根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构的示例性截面图；以及

图6为示出了当车辆以过载状态行驶时根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构的示例性截面图。

具体实施方式

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆（vehicle）”或者“车辆的（vehicular）”或者其他的类似术语包括广义的机动车辆，诸如：包括运动型多用途车辆（SUV）、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船和舰船的水运工具、航空器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆、燃料电池车辆、以及其他备选燃料车辆（例如来自除石油以外的资源的燃料）。

在此使用的术语仅出于描述具体实施方式目的而并非旨在限制本发明。除非上下文中明确指出，否则如在此所使用的单数形式“一个”、“一种”及“该”同样旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当术语“包括”和/或“包含”在此说明书中使用时指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如在本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任意以及所有组合。

此外，应当理解的是，以下方法由至少一个控制器执行。术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置，其被构造成执行一个或多个应当理解为它的算法结构的步骤。存储器被构造成存储算法步骤并且处理器具体被构造成执行所述算法步骤以执行一个或多个下文中进一步描述的过程。

此外，本发明的控制逻辑可实施为在计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，计算机可读介质包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡以及光数据存储装置。计算机可读介质也可分布在网络耦合的计算机系统中，从而以分布的方式存储并执行该计算机可读介质，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络（CAN）。

在下文中，将参照附图详细地描述本发明。

根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构可以包括：高温部件10（例如，第一部件），其可以包括排气管12和旁通通道14，高温废气（例如，具有预定温度的废气）可以在该排气管中经过并且可以通过与废气的热交换加热该排气管，该旁通通道安装在排气管12内并且可以经由旁通通道使废气旁通；热电元件20，附接至排气管12的外部，通过结合P型半导体和N型半导体形成，并且可以被构造成使用热电效应产生电流；低温部件30（例如，第二部件），附接至热电元件20的外部并且冷却液可以在低温部件中流动；以及第一废气通道40，可以在纵向上安装在低温部件30中并且高温废气可以在第一废气通道中经过以加热冷却液，其中可以同时执行预热发动机和热电发电的运行。

如在图1中示出的，高温废气可以经过排气管12，在示出的示例性实施方式中排气管12的入口和出口可以形成为大致圆形，并且排气管12可以具有四边形容器形状，其中在入口与出口之间的截面可以是大致四边形的，但是根据用于利用废热的结构，排气管12可以形成为各种形状。

如在图2中示出的，旁路通道14可以被安装在排气管12内，并且与典型的旁路通道类似，旁路通道14可以形成为圆柱形以在车辆以过载状态行驶时使废气旁通。多个排气口15可以在旁通通道14的上游部分形成，当关闭第二阀门18时废气可以经由所述排气口流动。此外，如在图2中示出的，热电元件20可以通过结合P型半导体和N型半导体而形成，附接至排气管12的外部，并且当热电元件20彼此电连接时热电元件20可以电连接至车辆的电池（未示出）。

热电元件20可以与排气管12接触（例如，连接至）的部分可以被废气加热，热电元件20可以与低温部件30接触的部分可以被冷却液冷却，并且因此，热电元件20的两个端面之间可以发生温度差。此外，由于该温度差，在热电元件20中可以发生热电效应以产生电流。产生的电流可以为电连接至热电元件20的车辆的电池充电。

如在图2和图3中示出的，冷却液在其中流动的低温部件30可以附接至热电元件20的外部，并且第一废气通道40可以在纵向上设置在低温部件30内。在示出的示例性实施方式中，多个第一废气通道40可以成排地设置在低温部件30中，并且可以形成为管形，其中两端均在朝向排气管12的方向上弯曲。

当车辆初始起动时，冷却液可以通过经由第一废气通道40流入的废气加热，并且第一废气通道40可以起发动机的预热设备的作用。如在图2和图3中示出的，第一阀门42可以被可滑动地安装在排气管12与第一废气通道40之间以打开和关闭第一废气通道40。第一阀门42可以形成为结合至排气管12的内部环形表面的环形带，并且可以通过由第一阀门控制器（未示出）控制的马达在排气管12上前后滑动以打开和关闭第一废气通道40。换言之，如在图4中示出的，当车辆初始起动时，第一阀门42可以向前移动以打开第一废气通道40，并且废气在经过第一废气通道40时可以加热冷却液。

如在图5和图6中示出的，当车辆行驶时或者当车辆以过载状态行驶时，第一阀门42可以向后移动以关闭第一废气通道40，并且废气可以被构造成利用热电元件20执行热电发电或者在经过第二废气通道16或旁通通道14时被旁通。考虑到用于利用车辆的废热的结构的变化、第一废气通道40的形状的变化、或者车辆的总体废热的利用，第一阀门42可以形成为如同环的形状或者可以形成为诸如设置在第一废气通道40的入口中的直线形平板的各种形状并且可以旋转，或者形成为其中顶盖从排气管12突出以打开和关闭第一废气通道40的形状。

如在图2和图3中示出的，高温部件10可以包括：第二废气通道16，在排气管12与旁通通道14之间形成以允许废气经其经过；以及第二阀门18，可旋转地安装在旁通通道14的后端以调整被旁通的废气的量。当第一废气通道40通过第一阀门42关闭，并且旁通通道14通过第二阀门18关闭时，废气在经过第二废气通道16时可以加热热电元件20的一侧表面，并且使得热电发电发生在热电元件20处。

为了防止当车辆在斜面（例如，倾斜的道路）上行驶或者车辆以相当高的速度（例如，预定速度）行驶时，就是说，当发动机的负载增加时，排气管12被加热，当车辆以过载状态行驶时打开第二阀门18以允许大部分高温废气经由旁通通道14排放，从而调整在旁通通道14与排气管12之间流动的废气的量。第二阀门18可以形成为圆板形状，并且可以在旁通通道14的后端安装以通过由第二阀门控制器（未示出）控制的马达可旋转从而打开和关闭旁通通道14。

如在图1和图2中示出的，低温部件30（例如，第二部件）可以包括：冷却液通道32，与热电元件20的外部接触，可以结合至热电元件20的外部，并且可以被构造成使用在冷却液通道32中流动的冷却液来冷却与热电元件20的接触表面；冷却液分布器34，安装至冷却液通道32的一侧（例如，第一侧）以与冷却液通道32连通，并且可以具有冷却液入口35，冷却液可以流进冷却液入口中；以及冷却液收集器36，安装至冷却液通道32的另一侧（例如，第二侧）以与冷却液通道32连通，并且可以具有冷却液出口37，冷却液可以从冷却液出口排放。

在所示出的示例性实施方式中，4个冷却液通道32分别结合至排气管12的外表面，该排气管可以形成为四边形容器的形状，并且冷却液通道32可以形成为具有空的内部空间（冷却液可以在该空的内部空间中流动）的四边形平板的形状。冷却液分布器34可以安装在冷却液通道32的右表面上，并且在所示出的示例性实施方式中，冷却液入口35可以设置在排气管12的右下侧以使得冷却液流进冷却液分布器34中。冷却液收集器36可以安装在冷却液通道32的左表面上，并且在所示出的示例性实施方式中，冷却液出口37可以设置在排气管12的左上侧以经由冷却液收集器36排放冷却液。

如在图2中示出的，经由冷却液通道32流动的冷却液和经由第一废气通道40流动的废气可以在相反的方向上流动，并且在该过程中，高温废气可以被构造成加热冷却液。冷却液收集器36、冷却液通道32、以及冷却液分布器34可以整体地形成以在沿着排气管12的纵向上连续地设置，相应的冷却液收集器36可以通过弯管连接，并且相应的冷却液分布器34可以通过弯管连接。

一种根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的上述结构的运行（操作）将在下文中描述。

如在图4中示出的，当发动机在车辆初始起动时被驱动时，从发动机排放的废气可以流进排气管12，并且在这种情况下，第一阀门42可以被构造成打开第一废气通道40，并且第二阀门18可以被构造成关闭旁路通道14。因此，废气可以经由第一废气通道40和第二废气通道16流动，并且经由第一废气通道40流动的高温废气可以被构造成直接加热经由冷却液通道32流动的冷却液。因此，根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构可以起发动机的预热装置的作用。

如在图5中示出的，当车辆行驶时，发动机可以被充分的预热，并且第一阀门42可以被构造成关闭第一废气通道40，并且第二阀门18可以被构造成关闭旁通通道14。因此，废气可以经由第二废气通道16流动，高温废气可以被构造成加热热电元件20的一侧（例如，第一侧），并且可以通过经由冷却液通道32流动的冷却液而冷却热电元件20的另一侧（例如，第二侧）。

因此，温度差可以发生在热电元件20的两个侧表面之间，并且由于该温度差可以在热电元件20中产生电流，并且通过热电元件20产生的电流可以为电连接至热电元件20的电池充电。因此，根据本发明的示例性实施方式的用于利用车辆的废热的结构可以起热电发电装置的作用。

如在图6中示出的，当车辆以过载状态行驶时，发动机的负载可能增加并且第一阀门42可以被构造成关闭第一废气通道40，并且第二阀门18可以被构造成打开旁通通道14。因此，非常小量的废气可以经由第二废气通道16流动，并且大部分废气可以经由旁通通道14流动，以防止车辆过热。

前述的本发明不限于前述的示例性实施方式和附图，并且对于本发明所属的技术领域的技术人员来说显然的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种替代、修改、以及改变。

Claims (5)

1.一种用于利用车辆的废热的结构，包括：

第一部件，包括排气管和旁通通道，具有预定温度的废气经过所述排气管，并且通过与所述废气的热交换而加热所述排气管，所述旁通通道被安装在所述排气管内并且经由所述旁通通道使所述废气分流；

热电元件，附接至所述排气管的外部，其通过结合P型半导体与N型半导体形成，并且被构造成使用热电效应产生电力；

第二部件，附接至所述热电元件的外部，并且冷却液在所述第二部件中流动；以及

第一废气通道，在纵向上安装在所述第二部件内，并且所述废气经过所述第一废气通道以加热所述冷却液，

其中，预热发动机和热电发电的操作同时进行。

2.根据权利要求1所述的结构，还包括：

第一阀门，在所述排气管与所述第一废气通道之间形成并且被可滑动地安装以打开和关闭所述第一废气通道。

3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述第一阀门被形成为结合至所述排气管的环形带。

4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一部件包括：

第二废气通道，在所述排气管与所述旁通通道之间形成以允许所述废气由其经过；以及

第二阀门，被可旋转地安装在所述旁通通道的后端处以调整被分流的废气的量。

5.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第二部件包括：

冷却液通道，结合至所述热电元件的外部并且被构造成使用在所述冷却液通道中流动的所述冷却液来冷却与所述热电元件的接触表面；

冷却液分布器，安装至所述冷却液通道的第一侧从而与所述冷却液通道连通，并且具有冷却液入口，所述冷却液流动到所述冷却液入口中；以及

冷却液收集器，安装至所述冷却液通道的第二侧从而与所述冷却液通道连通，并且具有冷却液出口，所述冷却液从所述冷却液出口排出，

其中，所述冷却液通道、所述冷却液分布器、以及所述冷却液收集器整体地形成为在纵向上设置。